TWI400000B - 發光二極體增亮驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體增亮驅動裝置

本發明係有關一種發光二極體驅動裝置，尤指一種發光二極體增亮驅動裝置。

發光二極體(light emitting diode,LED)使用在當可攜式產品之背光源的地位已經不可動搖。在照明領域，LED作為半導體照明最關鍵的部件，更是有許多的優點，如節能、環保、長壽命、免維護…等等。而LED驅動電路是LED產品的重要組成部分，無論在照明、背光源還是顯示板領域，驅動電路技術架構的選擇都應與具體的應用相匹配。

利用脈衝寬度調變技術(Pulse Width Modulation,PWM)做為LED亮度(又稱為灰階調光)的控制方法，係利用簡單的數位脈衝，反覆開關LED驅動器，系統只需要提供寬、窄不同的數位式脈衝，透過開啟和關閉LED來改變順向電流導通時間以達到亮度調整效果，如此能降低亮度，又能產生數千種亮度階數，使色彩明暗變化更細緻，畫質呈現也更完美。

惟，利用脈衝寬度調變技術做為LED亮度的控制方法，其缺點係容易產生電磁干擾，有時甚至會產生人耳能聽見的雜訊。

因此，如何設計出一種能改善習知缺失之一種發光二 極體增亮驅動裝置，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。

有鑑於此，本發明係提供一種發光二極體增亮驅動裝置，係用以供應一外部電源至一發光二極體陣列，並提供一增亮控制模組以驅動該發光二極體陣列。籍此，在一固定電流條件下，達到增亮之效果並穩壓且減低電磁干擾的效果。

為了解決上述問題，本發明係提供一種發光二極體增亮驅動裝置，該發光二極體增亮驅動裝置係包括一電晶體開關、一第一過電流比較器、一第二過電流比較器、一回授電阻及一增亮控制模組。該電晶體開關，其一源極端係電性連接該發光二極體陣列之一陰極端。該第一過電流比較器，其一輸入端係電性連接該電晶體開關之一汲極端，另一輸入端係電性外接一第一參考電位。該第二過電流比較器，其一輸入端係電性連接該電晶體開關之該汲極端，另一輸入端係電性外接一第二參考電位。該回授電阻，其一端係電性接地，另一端係電性連接該電晶體開關之該汲極端，並該電晶體開關之該汲極端與該回授電阻之接地端係產生一回授電壓。並且，該增亮控制模組係包括一波形產生器、一計數器、一脈衝交錯控制器、一脈衝寬度調變控制器及一定電流控制器。該波形產生器，係產生一參考波形，並該參考波形具有一操作頻率。該計數器，係電性 連接該波形產生器，用以計數該波形產生器之輸出，以提供一第一計數值、一第二計數值及一第三計數值，並該第一計數值與該第二計數值係分別紀錄一第一週期時間與一第二週期時間。該脈衝交錯控制器，係電性連接該計數器，並根據該第三計數值輸出一偏移週期時間。該脈衝寬度調變控制器，係電性連接該計數器與該脈衝交錯控制器，並在該第一週期時間內，輸出一高脈衝信號，而在該第二週期時間內，輸出一低脈衝信號。該定電流控制器，其輸入端係分別電性連接該脈衝寬度調變控制器、該第一過電流比較器及該第二過電流比較器之輸出端，其輸出端係電性連接該電晶體開關之閘極，用以維持該發光二極體增亮驅動裝置之輸出電流為定值，並控制該電晶體開關之導通與不導通之持續時間。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參見第一圖，係本發明發光二極體增亮驅動裝置之一較佳實施例之方塊圖。如圖所示，該發光二極體增亮驅 動裝置100係包括一發光二極體陣列10、一電晶體開關20、一回授電阻30、一第一過電流比較器40、一第二過電流比較器42及一增亮控制模組50。該發光二極體陣列10之一陽極端係連接一外部電源Vin。該電晶體開關20之一源極端係電性連接該發光二極體陣列10之一陰極端。該回授電阻30其一端係電性接地，另一端係電性連接該電晶體開關20之該汲極端，並該電晶體開關20之該汲極端與該回授電阻30之接地端係產生一回授電壓Vf，該回授電壓Vf係由該回授電阻30決定。該第一過電流比較器40其一輸入端係電性連接該電晶體開關20之該汲極端，另一輸入端係電性外接一第一參考電位Vr1，該第二過電流比較器42，其一輸入端係電性連接該電晶體開關20之該汲極端，另一輸入端係電性外接一第二參考電位Vr2。

該增亮控制模組50係包括一波形產生器502、一計數器504、一脈衝交錯控制器506、一脈衝寬度調變控制器508及一定電流控制器510。該波形產生器502係產生一參考波形，並該參考波形具有一操作頻率，其中，該參考波形可為一鋸齒波或一三角波。該計數器504係電性連接該波形產生器502，並用以計數該波形產生器502之輸出，以提供一第一計數值、一第二計數值及一第三計數值。並且，該第一計數直與該第二計數值係分別紀錄一第一週期時間與一第二週期時間。該第一週期時間與該第二週期時間之和係等於該操作頻率之倒數(即為操作週期)。依使用之需要該第一週期時間可為該操作週期之百 分之五，而該第二週期時間可為該操作週期之百分之九十五。該脈衝交錯控制器506係電性連接該計數器504，並根據該第三計數值輸出一偏移週期時間Ts。該脈衝寬度調變控制器508，係電性連接該計數器504與該脈衝交錯控制器506，並在該第一週期時間內，輸出一高脈衝信號，而在該第二週期時間內，輸出一低脈衝信號，並且，該第一週期時間係為該操作週期之佔空比。該定電流控制器510其輸入端係電性連接該脈衝寬度調變控制器508、該第一過電流比較器40及該第二過電流比較器42之輸出端，其輸出端係電性連接該電晶體開關20之閘極，用以維持該發光二極體增亮驅動裝置100之輸出電流為定值，並控制該電晶體開關20之導通與不導通之持續時間。

請參見第二圖A及第二圖B，係分別為一增亮效果週期之示意圖及局部示意圖。Broca－Sulzer效應描述：如同接受像快門那樣的瞬間閃光後，人眼感受到的亮度是實際亮度的數倍；並Talbot－Plateau效應描述：反覆接受瞬間閃光後，人眼會感受到反覆時間內的平均亮度。此外，要達到增亮效果，該增亮效果週期大約要持續56ms之久。因此，若該增亮控制模組之該操作頻率為60Hz(16.7ms)，則意味著大約要持續4個操作週期(56ms/16.7ms＝3.4)才能達到增亮的效果。

如第二圖A所示，圖中以4個增亮效果週期為述，其分別為第一增亮效果週期L1、第二增亮效果週期L2、第三增亮效果週期L3及第四增亮效果週期L4。此外，為要錯開 高脈衝信號同時出現的頻率，使能讓輸入電源中的雜訊影響減到最低，而達到穩壓並減低電磁干擾的效果，故於二個增亮效果週期轉換之際，後者之增亮效果週期偏移一偏移週期時間Ts，並設定該偏移週期時間Ts為該操作週期T之佔空比D。

如第二圖B所示，在第一增亮效果週期L1期間，該高脈衝信號所出現之時間，即為該操作週期T之佔空比D，並該高脈衝信號之振幅係可為數倍之該低脈衝信號。若根據上述之Broca－Sulzer效應，當該高脈衝信號之振幅為該低脈衝信號之4倍，則人眼將可感受到的亮度是大約是實際亮度的10倍，如此以達到增亮之效果。

綜上所述，本發明係具有下列之優點：1.增加脈衝寬度調變之輸出振幅(為高脈衝信號)，可提高人眼感受到的亮度以達到增亮之效果。

2.藉由錯開高脈衝信號同時出現的頻率，使能讓輸入電源中的雜訊影響減到最低，而達到穩壓並減低電磁干擾的效果。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

〔本創作〕

發光二極體增亮驅動裝置‧‧‧100

電源‧‧‧Vin

發光二極體陣列‧‧‧10

電晶體開關‧‧‧20

回授電阻‧‧‧30

第一過電流比較器‧‧‧40

第二過電流比較器‧‧‧42

第一參考電位‧‧‧Vr1

第二參考電位‧‧‧Vr2

增亮控制模組‧‧‧50

波形產生器‧‧‧502

計數器‧‧‧504

脈衝交錯控制器‧‧‧506

脈衝寬度調變控制器‧‧‧508

定電流控制器‧‧‧510

佔空比‧‧‧D

偏移週期時間‧‧‧Ts

操作週期‧‧‧T

第一增亮效果週期‧‧‧L1

第二增亮效果週期‧‧‧L2

第三增亮效果週期‧‧‧L3

第四增亮效果週期‧‧‧L4

第一圖係本發明發光二極體增亮驅動裝置之一較佳實施例之方塊圖；第二圖A係增亮效果週期之示意圖；及第二圖B係增亮效果週期之局部示意圖。

發光二極體增亮驅動裝置‧‧‧100

電源‧‧‧Vin

發光二極體陣列‧‧‧10

電晶體開關‧‧‧20

回授電阻‧‧‧30

第一過電流比較器‧‧‧40

第二過電流比較器‧‧‧42

第一參考電位‧‧‧Vr1

第二參考電位‧‧‧Vr2

增亮控制模組‧‧‧50

波形產生器‧‧‧502

計數器‧‧‧504

脈衝交錯控制器‧‧‧506

脈衝寬度調變控制器‧‧‧508

定電流控制器‧‧‧510

Claims (5)

1. 一種發光二極體增亮驅動裝置，係用以供應一外部電源至一發光二極體陣列之一陽極端，並驅動該發光二極體陣列以增加其亮度，該發光二極體增亮驅動裝置包括：一電晶體開關，其一源極端係電性連接該發光二極體陣列之一陰極端；一第一過電流比較器，其一輸入端係電性連接該電晶體開關之一汲極端，另一輸入端係電性外接一第一參考電位；一第二過電流比較器，其一輸入端係電性連接該電晶體開關之該汲極端，另一輸入端係電性外接一第二參考電位；一回授電阻，其一端係電性接地，另一端係電性連接該電晶體開關之該汲極端，並該電晶體開關之該汲極端與該回授電阻之接地端係產生一回授電壓；及一增亮控制模組，係包含：一波形產生器，係產生一參考波形，並該參考波形具有一操作頻率；一計數器，係電性連接該波形產生器，用以計數該波形產生器之輸出，以提供一第一計數值、一第二計數值及一第三計數值，並該第一計數值與該第二計數值係分別紀錄一第一週期時間與一第二週期時間；一脈衝交錯控制器，係電性連接該計數器，並根據該第三計數值輸出一偏移週期時間； 一脈衝寬度調變控制器，係電性連接該計數器與該脈衝交錯控制器，並在該第一週期時間內，輸出一高脈衝信號，而在該第二週期時間內，輸出一低脈衝信號；及一定電流控制器，其輸入端係分別電性連接該脈衝寬度調變控制器、該第一過電流比較器及該第二過電流比較器之輸出端，其輸出端係電性連接該電晶體開關之閘極，用以維持該發光二極體增亮驅動裝置之輸出電流為定值，並控制該電晶體開關之導通與不導通之持續時間。
2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體增亮驅動裝置，其中該參考波形可為一鋸齒波或一三角波。
3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體增亮驅動裝置，其中該第一週期時間與該第二週期之時間和係等於該操作頻率之倒數(操作週期)。
4. 如申請專利範圍第3項之發光二極體增亮驅動裝置，其中該第一週期時間係為該操作週期之百分之五，而該第二週期時間係為該操作週期之百分之九十五。
5. 如申請專利範圍第1項之發光二極體增亮驅動裝置，其中該回授電壓係由該回授電阻決定。